Régulation du dioxygène dissous

Débits de gaz, volumiques ou massiques ?

Les gaz sont compressibles et donc un débit volumique de gaz, pour être signifiant, doit être accompagné de la valeur de pression et de température. En pratique, il est très utile de ramener les débits volumiques de gaz à des conditions standards de température et de pression. Le standard de l'IUPAC (100 kPa et 0°C (273,15 K)), n'est malheureusement pas toujours utilisé et on trouve souvent le standard 15°C, 101,325 kPa). Avec la généralisation de l'utilisation des débitmètres massiques, la question de la pression et de la température est évidemment contournée de façon très élégante.

En génie fermentaire, les débitmètres les plus courants sont le rotamètre (ou débitmètre à bulle) et le débitmètre massique (par exemple utilisant l'effet Coriolis). Le débitmètre massique est très intéressant (mais cher !) car il permet de résoudre très simplement les questions liées à la température, à la pression et à la composition relative du gaz. Le tableau de calculs ci-dessous montre les calculs simples qu'on peut réaliser. Le rotamètre donne une valeur volumique de débit qui n'est valable que pour un gaz de composition donnée (par exemple de l'air sec) à une pression et une température donnée (par exemple 20°C et 1,3 bar). Toute modification de la température ou de la pression ou de la composition du gaz rend les valeurs lues inexactes. Il existe cependant des formules de correction. Voici la principale :
D= Dindiq( Pet T/ P Tet)0,5     valable pour le gaz étalonné et celui là seulement (par exemple l'air).

Vous pouvez ouvrir une nouvelle fenêtre qui propose " quelques formules sophistiquées de corrections pour insomniaque du rotamètre".

 

La loi des gaz parfaits PV= nRT est bien utile !

composition du gaz d'aération Débit volumique (20°C (293K), 130 kPa)

(conditions classiques en bioréacteur de laboratoire)

 Débit volumique (0°C (273K), 100 kPa) Débit massique en g/min

air sec (en % volume) :

N2 78%, O2 21%, Ar 1%

1 L/min

= 1 * (130/100)*(273/293)

= 1,21 L/min

= (1,21/22,4) * (28*0,78+32*0,21+40*0,01)

= 1,56 g/L

(dont 0,36 g/L pour le seul O2)

(en % m/m O2 représente 23% du débit)

air sec enrichi en dioxygène pur

(en % volume) :

N2 58,5 %, O2 40,75 %, Ar 0,75 %

 = (1,21/22,4) * (28*0,585+32*0,4075+40*0,0075)

= 1,60 g/L

(dont 0,70 g/L pour le seul O2)

(en % m/m O2 représente 44% du débit)

Pour conduire les calculs on a utilisé le modèle des gaz parfaits et donc la relation PV=nRT.

Appliqué à un débit volumique la relation PV=nRT conduit à :

D2 = D1* (P1/P2)*(T2/T1) où D2 : débit à P2 et T2 et D1 débit volumique à P1 et T1